Революционный MEMS решеточный модулятор повышает оптическую эффективность и масштабируемость для коммуникаций

Институт аэрокосмических исследований, Китайская академия наук, Пекин, Китай

Схема предложенного MEMS решеточного модулятора. (Изображение: Microsystems & Nanoengineering)

Прорыв в MEMS модуляторах

Разработан новый модулятор MEMS решеточного типа, предлагающий значительные достижения в оптической эффективности и масштабируемости для систем связи. Интегрируя настраиваемое синусоидальное решето с широкополосными ограниченными непрерывными лентами, достигается большая апертура 30 × 30 мм и поддерживается высокоскоростная модуляция до 250 кГц.

Устройство достигает 90 процентов оптической эффективности и динамического модуляционного контраста более 95 процентов, делая его идеальным для свободно-пространственной оптической связи и дистанционного зондирования. Дисперсионные свойства устройства делают его привлекательным в приложениях волнового чувствования, включая спектрометры и гиперспектральные системы визуализации. Эта инновация решает критические вызовы в размере апертуры, эффективности и скорости модуляции, обещая улучшить высокоскоростные, энергоэффективные коммуникационные сети.

MEMS оптические модуляторы критичны в технологиях следующего поколения, таких как свободно-пространственная оптическая связь и лидар, но существующие дизайны борются с балансировкой размера апертуры, эффективности и скорости. Традиционные микромикровые модуляторы часто работают на низких частотах, в то время как решеточные модуляторы сталкиваются с изгибными деформациями и неоптимальной оптической эффективностью.

Большие апертуры, необходимые для высокомощных систем, были препятствованы механическими ограничениями. Основываясь на этих вызовах, существует насущная необходимость в масштабируемых, высокоэффективных модуляторах для поддержки эволюции оптических коммуникационных систем.

Опубликованное в Microsystems & Nanoengineering, исследователи из Северо-Западного политехнического университета представили инновационный MEMS решеточный модулятор с настраиваемым синусоидальным решето. Это устройство достигает большой апертуры 30 × 30 мм, замечательных 90 процентов оптической эффективности и ультрабыстрого времени отклика, приближающегося к 1,1 мкс. Устройство спроектировано для поддержки высокоскоростной модуляции через широкий диапазон длин волн (635 – 1700 нм), предлагая перспективные решения для вызовов в высокоскоростных, энергоэффективных оптических системах.

Ключевые инновации

Ключевая инновация модулятора лежит в его широкополосных ограниченных непрерывных лентах, которые предотвращают изгибные деформации и позволяют масштабируемое расширение апертуры без компрометации резонансной частоты около 460,0 кГц. Синусоидальный дизайн решета максимизирует коэффициент заполнения (96,6 процента) и дифракционную эффективность, достигая отношения подавления 20 дБ и 98 процентов модуляционного контраста @100кГц. Сквозные массивы отверстий на поверхности решета оптимизируют воздушное демпфирование, результатом чего является критически затухающий отклик без остаточных осцилляций. Экспериментальные результаты продемонстрировали полную модуляцию с коэффициентом контраста выше 95 процентов @ 250 кГц, эффективную производительность через видимый и ближний инфракрасный спектр (±30° поле зрения) и надежную фабрикацию с использованием двухмасочного SOI процесса. Эти инновации преодолевают традиционные компромиссы между размером апертуры, эффективностью и скоростью, устанавливая новый бенчмарк для MEMS оптических модуляторов.

Соответствующий автор доктор Ёнцянь Ли подчеркнул потенциал устройства: «Сочетая масштабируемый дизайн апертуры с беспрецедентной оптической эффективностью, этот модулятор открывает новые возможности для высокомощных, высокоскоростных применений, от лидара до коммуникационных сетей следующего поколения. Устранение микромикров снижает сложность и стоимость, делая эту технологию масштабируемой для широкого принятия».

Большая апертура и высокая эффективность модулятора делают его идеальным для свободно-пространственной оптической связи, обеспечивая целостность сигнала на больших дистанциях. Его быстрое время отклика хорошо подходит для лидара и адаптивной оптики приложений, в то время как независимость от поляризации добавляет универсальности. Будущие версии могут позволить многоканальное формирование луча или интеграцию с квантовыми коммуникационными системами. Эта инновация ускоряет развитие энергоэффективных, высокополосных сетей, с широкими применениями в аэрокосмике и телекоммуникациях.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Юань Ван по адресу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..